Sujono, Heni and Dian Sisinggih, ST.,MT.,Ph.D. and Dr.Eng.Ir. Riyanto Harbowo, ST.,MT.IPM. (2024) Pemodelan 3d Pada Intake Conduit Untuk Mengetahui Kebutuhan Pipa Ventilasi Sebagai Upaya Mengurangi Dampak Kerusakan Kavitasi. Magister thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Bangunan keluaran bawah (bottom outlet atau Low Level Outlet) bendungan dimanfaatkan untuk mengontrol muka air waduk agar tidak terjadi limpasan, penggelontoran sedimen, memenuhi keperluan air irigasi, air baku maupun pembangkit, dan sebagai saluran pengelak. Lokasi bottom outlet mendekati dasar waduk, jika terjadi kerusakan maka perbaikan sulit untuk dilaksanakan. Kerusakan yang terjadi pada bottom outlet salah satunya disebabkan oleh kavitasi, untuk menghindari kerusakan dapat dengan memberikan pengudaraan menggunakan pipa ventilasi, alternatif ini dinilai lebih ekonomis dibandingkan dengan penggantian material yang tahan erosi. Untuk memprediksi kemungkinan kerusakan kavitasi dapat menggunakan indeks kavitasi dengan variabel tekanan dan kecepatan aliran. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan pemodelan 3D dan simulasi aliran pada bottom outlet untuk mengetahui karakteristik aliran pada intake dan mengetahui pengaruh pemasangan pipa ventilasi di hilir lokasi slot pintu intake terhadap karakteristik aliran. Penelitian ini dilakukan dengan model CFD untuk mensimulasikan aliran pada bottom outlet Bendungan Ciawi, menggunakan software ANSYS Fluent. Simulasi dilakukan pada dua alternatif yaitu seri 0 desain original dan seri 1 desain original yang ditambahkan pipa ventilasi berdiameter 30 cm sebanyak 6 buah pada intake. Simulasi tiap alternatif dilakukan dengan 4 variasi bukaan pintu yaitu 25%, 0%, 75% dan 100%. Pengukuran terhadap variabel kecepatan, tekanan, dan kedalaman aliran pada 12 titik ukur di sepanjang intake. Simulasi aliran dengan kondisi batas kedalaman air di waduk 46 m. Validasi tekanan hasil model CFD terhadap tekanan hasil model fisik yang dilakukan oleh BBWS Ciliwung Cisadane menunjukkan kesalahan sebesar 19%. Karakteristik aliran simulasi seri 0 memperlihatkan bahwa aliran yang terjadi adalah aliran bebas dengan regim super kritis, kecepatan pada intake meningkat ke arah hilir seiring peningkatan bukaan pintu, sebaliknya tekanan menurun, tekanan terendah bernilai -6.3 saat bukaan pintu 75%. Nilai indeks kavitasi pada lokasi sebelah hilir reducer bernilai < 0.2, yang mengindikasikan ada kemungkinan terjadi kerusakan. Simulasi seri 1 memberikan hasil aliran yang terjadi sepanjang intake adalah aliran permukaan bebas dengan regim super kritis, pada slot pintu menunjukkan hubungan bukaan pintu, profil tekanan dari hulu ke hilir menunjukkan penurunan dan sebaliknya profil kecepatan aliran menunjukkan kenaikan sesuai dengan kenaikan bukaan pintu. Tekanan paling rendah terjadi di tengah saluran pada lokasi awal conduit yaitu sebesar -1.3. Nilai indeks kavitasi untuk seluruh titik pengukuran bernilai > 0.2 yang berarti tidak ada kemungkinan kerusakan akibat kavitasi. Model fisik dan model CFD memberikan hasil bahwa pemberian pengudaraan dengan penambahan pipa ventilasi di lokasi yang bertekanan negatif yaitu hilir slot pintu dapat meningkatkan tekanan yang berakibat naiknya nilai indeks kavitasi sehingga struktur terhindar dari kerusakan kavitasi. Untuk mendapatkan desain pipa ventilasi yang optimal maka diperlukan penelitian lebih lanjut dengan memvariasikan dimensi maupun lokasi pemasangan pipa.
English Abstract
The bottom outlet structure (Low Level Outlet) of dam is used to control reservoir water level to prevent overftoping, sediment flushing, fulfill the irrigation water requirement, raw water and power plants, and as a diversion channel. The location of the bottom outlet is close to the reservoir base, if damage occurs, repairs are difficult to carry out. Damage that occurs at the bottom outlet is partly caused by cavitation, to avoid damage, it can be done by providing aeration using a ventilation pipe, this alternative is considered more economical than replacing erosion-resistant materials. To predict the possibility of cavitation damage, the cavitation index can be used with pressure and flow velocity variables. This study aims to conduct 3D modeling and flow simulation at the bottom outlet to determine the flow characteristics at the intake and to determine the effect of installing a ventilation pipe downstream of the intake gate slot location on flow characteristics. This study was conducted with a CFD model to simulate the flow at the bottom outlet of the Ciawi Dam, using ANSYS Fluent software. Simulations were carried out on two alternatives, namely series 0 original design and series 1 original design which added 6 ventilation pipes with 30 cm diameter at the intake. Simulation of each alternative was carried out with 4 variations of gate openings, namely 25%, 0%, 75% and 100%. Measurement of velocity, pressure and flow depth variables at 12 measuring points along the intake. Boundary conditions in flow simulation is 46 m water depth in the reservoir. Validation of the CFD model pressure against the physical model pressure carried out by BBWS Ciliwung Cisadane showed an error of 19%. The characteristics of the series 0 simulation flow showed that the flow that occurred was free flow with a super critical regime, the velocity at the intake increased downstream as the gate opening increased, conversely the pressure decreased, the lowest pressure was -6.3 when the gate opening was 75%. The cavitation index value at the location downstream of the reducer was < 0.2, indicating that there was a possibility of damage. Series 1 simulation provided the results of the flow that occurred along the intake was free surface flow with a super critical regime, flow trough gate slot showed the relationship between the gate openings, the pressure profile from upstream to downstream showed a decrease and conversely the flow velocity profile showed an increase in accordance with the increase in the gate opening. The lowest pressure occurs in the middle of channel at the initial location of the conduit, which is -1.3. The cavitation index value for all measurement points is > 0.2, which means there is no possibility of damage due to cavitation. The physical model and CFD model provide results that providing ventilation by adding a ventilation pipe at a location with negative pressure, that is downstream of the gate slot, can increase the pressure and cavitation index value so that the structure is protected from cavitation damage. To obtain an optimal ventilation pipe design, further research is needed by varying the dimensions and location of the pipe installation.
| Item Type: | Thesis (Magister) |
|---|---|
| Identification Number: | 0424070208 |
| Uncontrolled Keywords: | kavitasi, bottom outlet, pipa ventilasi. |
| Divisions: | S2/S3 > Magister Teknik Pengairan, Fakultas Teknik |
| Depositing User: | S Sucipto |
| Date Deposited: | 26 Aug 2024 08:02 |
| Last Modified: | 26 Aug 2024 08:02 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/229298 |
![[thumbnail of DALAM MASA EMBARGO]](http://repository.ub.ac.id/style/images/fileicons/text.png) |
Text (DALAM MASA EMBARGO)
Heni Sujono.pdf Restricted to Registered users only Download (13MB) |
Actions (login required)
 |
View Item |